Odkrycie kanałorodopsyny w komórkach glonów Chlamydomonas
Badania, które dały początek optogenetyce, rozpoczęły się od analizy mechanizmów fototaksji u jednokomórkowych glonów z rodzaju Chlamydomonas. Na początku lat 2000. Peter Hegemann (Instytut Biochemii Maxa Plancka w Martinsried) oraz Georg Nagel (Instytut Biofizyki Maxa Plancka we Frankfurcie) zidentyfikowali białko błonowe – kanałorodopsynę.
Białko to pełni funkcję kanału jonowego aktywowanego światłem niebieskim. Absorpcja fotonu powoduje natychmiastowe otwarcie pory w białku, umożliwiając napływ naładowanych jonów do wnętrza komórki i generowanie impulsu elektrycznego. Badacze wykazali, że wprowadzenie tego białka do dowolnej komórki nadaje jej bezpośrednią wrażliwość na światło.
Przekształcenie białka w optyczny przełącznik neuronów
Karl Deisseroth ze Stanford University wykorzystał odkrycie Hegemanna i Nagela do stworzenia molekularnego przełącznika dla komórek nerwowych. W 2005 roku opublikował wyniki badań, w których wprowadził gen kanałorodopsyny do szczurzych neuronów, uzyskując zdolność do wyzwalania sygnałów nerwowych za pomocą światła niebieskiego.
W 2007 roku Deisseroth pomyślnie zastosował ten mechanizm w mózgach żywych myszy. Opracowana metoda sterowania sygnałami nerwowymi za pomocą światła zyskała nazwę optogenetyki i stworzyła precyzyjne narzędzie do mapowania połączeń neuronalnych bez konieczności stosowania niespecyficznej stymulacji.
Zastosowania kliniczne i wpływ na neurobiologię
Zastosowanie optogenetyki umożliwiło zidentyfikowanie konkretnych obwodów neuronalnych odpowiedzialnych za procesy pamięciowe, emocjonalne oraz zaburzenia neurologiczne i psychiczne. Metoda pozwala na analizę powiązań przyczynowo-skutkowych pomiędzy aktywnością danych grup neuronów a zachowaniem organizmu.
W medycynie klinicznej prowadzone są badania wykorzystujące optogenetykę w próbach przywracania wzroku u osób z dysfunkcjami narządu wzroku.
Źródło: https://www.nobelprize.org.
